JP2009031295A - 移動体姿勢検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測定対象物としての移動体の空間上の3軸の姿勢角度情報、並進位置情報、画像姿勢情報をそれぞれ算出する手段と、姿勢角度情報と、並進位置情報と、画像姿勢情報のそれぞれの情報により空間上での移動体の6軸姿勢情報を算出する手段と、を有し、並進位置検出手段は、直交する3軸上の空間の並進方向の加速度情報を検出し、画像処理姿勢検出手段は、装置周辺の画像を時系列に入力された画像の中から複数の特徴点を抽出して記憶すると共に、以前に記憶されている特徴点の座標等の特徴点情報を探索検出し、特徴点の2次元画像の中での変位から画像の動きベクトルを検出し、姿勢角度情報と、並進方向の加速度情報とに基づいて画像データ上での特徴点の2次元の動きを推定することにより探索検出の範囲を狭める。
【選択図】図1
Description
因みに、地磁気ベクトルは、地球上の地域毎に固有なわずかながら地理上の北に対して偏角と呼ばれる誤差が存在する。
Yh=Y*cos(Roll)+Z*sin(Roll)
θ=arcTan(Yh/Xh) …(2)
また、加速度センサは、重力ベクトルGに対してセンサが(θg )傾いたときに、その検出方向の軸に垂直に投影した長さに相当する重力加速度成分(G・cos(θg ))と、その他に加減速運動による運動加速度成分が生じる。
測定対象物としての移動体に装着または内蔵され、該移動体の移動に伴って移動して、該移動体の姿勢情報を検出する装置において、
前記移動体の空間上の3軸の姿勢角度情報を算出する角度検出手段と、
前記移動体の空間上の3軸の並進位置情報を算出する並進位置検出手段と、
前記移動体自体に設置され、前記移動体の周りの画像から移動体の並進と姿勢の6軸の画像姿勢情報を算出する画像処理姿勢検出手段と、
前記角度検出手段からの姿勢角度情報と、前記並進位置検出手段からの並進位置情報と、前記画像処理姿勢検出手段からの画像姿勢情報のそれぞれの情報により空間上での前記移動体の6軸姿勢情報を算出する空間姿勢演算手段と、を有しており、
前記角度検出手段は、
直交する3軸上の空間の角速度情報を検出する角速度検出手段と、
前記角速度情報より前記移動体の姿勢角度情報を演算する第1姿勢演算手段とで構成され、
前記並進位置検出手段は、
直交する3軸上の空間の並進方向の加速度情報を検出する加速度検出手段と、
前記加速度情報より前記移動体の傾き情報と並進情報を演算する第2姿勢演算手段とで構成され、
前記画像処理姿勢検出手段は、
前記装置周辺の画像を時系列に入力する画像入力手段と、
この画像入力手段によって入力された画像の中から複数の特徴点を抽出して、それらの特徴点を記憶すると共に、以前に記憶されている特徴点の座標等の特徴点情報を探索検出する特徴点検出手段と、
前記特徴点の2次元画像の中での変位から画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記姿勢角度情報と前記並進情報と前記特徴点の情報から移動体の回転方向と並進方向の画像姿勢情報を演算する第3姿勢演算手段とで構成され、
前記角度検出手段からの姿勢角度情報と、前記加速度検出手段からの並進方向の加速度情報とに基づいて画像データ上での特徴点の2次元の動きを推定し、この情報をもとに前記探索検出の範囲を狭めることを特徴とする移動体姿勢検出装置が提供される。
θ=Σ(ω) …(3)
ここで、Asは時間(Δt)のファクタが含まれるジャイロのスケールファクタであり、Vtは変動成分、Vnはノイズ成分を示す。
Va=Gx×As−Vo
θ=sin−1{(Va−Vo)/As} …(4)
傾斜センサとしては、式(4)で求めることができる。
このときの角度情報(θ)については(上記傾斜センサ機能からの演算情報は使わずに)前記Y軸の角速度センサより得られた角度情報を使用することで求めることができる。
画像入力手段17は、カメラ光学系を通して得られた光学投影像を撮像素子であるCCDにより次元画像の映像信号に変換し、この映像信号をフレームメモリに蓄積する。
特徴点検出手段18は、まず、画像入力手段17から入力される時系列画像データに対して、特徴点抽出部18aでの画像処理によって他の領域と容易に弁別できると共に、物体上の同一の点が撮影されたことを特定できる複数の特徴点を抽出する。
一般的に、2次元相関処理あるいはテンプレートマッチング処理と呼ばれ、テンプレートである特徴点データを入力画像データに対して2次元方向に走査しながら相関処理を行う。
次に、特徴点検出手段18の中の特徴点記憶部18bと特徴点・姿勢記憶部18cでは、特徴点の固定空間座標に対する位置を記憶する。
y=fY/Zc …(6)
更に、加速度センサからの並進情報により頭部位置の並進ベクトルが得られるため、この情報と2つの画像間の同じ特徴点の2次元座標より空間上での3次元位置を推定することができる。
次に、第3姿勢演算手段20では、特徴点位置情報が2点以上になるとステレオカメラの原理により特徴点までの距離情報を求めることができるため、その距離情報を求めて、参照基準情報として記憶する。
miはある時点での単位方向ベクトルで式(6)により求められる。
この動きベクトル検出手段19は、前記の特徴点マッチング法により1フィールド毎の画像の動き情報を検出し、その情報より動きベクトルを検出するものである。
この停止判定制御手段16は、前記動きベクトル検出手段19からの動きベクトル情報より周辺の画像の動きがある閾値内であり、ジャイロデータのLPF出力からの第1情報もある閾値以下で、更にその状態が一定時間内続いていると判定したならば、被計測移動体が停止していると判定し前記ジャイロ出力処理系のオフセット保持手段12の情報を現在のLPF出力からの第2情報により更新する。
次に、カメラ62の取り付け位置と方向について説明する。
前記第3姿勢演算手段20では、画像処理による演算により、原点Oからのベクトルに換算された姿勢角度と並進情報を含む参照基準情報を求めている。
このとき時の(k)は
ωt=0 ならば k=0
0>ωt>Tmax ならば k=0.5、
ωt>Tmax ならば k=1となる。
画像べクトル推定手段10は、前記カメラ姿勢演算式(8)において、前記カメラ姿勢パラメータ保持手段22のカメラ姿勢パラメータ情報と、頭部運動パラメータの代わりに、ジャイロ角速度情報と加速度センサからの加速度情報をそれぞれ式に代入することによりカメラ62の動きを予測し、更に、そのカメラ62の動き情報より特徴点の移動位置を予測することが可能となる。
画像入力手段17から特徴点検出手段18に対し、特徴点の少ない壁や天井などを撮像することにより、その特徴点が見つからないような画像が入力されたとき動きベクトルが測定できなくなってしまう。
カメラ62の取付方向については、通常はHMD60を装着した状態のときの前方の画像を撮像することが基本になっている。
前記までのカメラ取り付け方向に関する機能は、計測されたカメラ姿勢パラメータを前もってシステムに組み込んで利用することにより、極めて簡便にカメラ方向とその姿勢パラメータの変更を行うことができる。
本移動体姿勢位置検出装置は、その他の特徴として、特徴点を前処理により記憶するモードを備えている。
更に、その他の特徴として、図3に示す「固定マーク検出動作モード」43がある。
更に、その他の特徴として、前記「固定マーク検出動作モード」43においては、内部に予め特徴点となる画像パターンを記憶しておくようにしているが、図3に示すこの「固定マーク登録モード」42では、前述の「固定マーク検出動作モード」43に先立ち、操作者自身でカメラ62の画像から入力したマークを登録し、そのマークに対して「固定マーク検出動作モード」43を行う点で違っている。
更に、その他の特徴として、本装置は、画像入力手段17の画像入力範囲を照射するように配置された赤外線LED等の赤外発光手段(図示せず)を備えている。
更に、その他の特徴として、前記構成において画像入力手段17の投影像を映像信号に変換するための撮像素子から、その映像信号を画像データとして蓄積し、その画像データを更に輪郭抽出を行ったり、特徴抽出部18aの処理、パターンマッチング処理、映像入力信号のゲインレベルの調整等の機能を一つの人工網膜チップにより構成する。
装置周辺を撮像して画像情報を取得可能な画像情報取得手段と、
上記画像情報を解析して、装置の傾きを表わす角度情報を検出する画像解析手段と、
上記画像情報を用いずに、角度情報を検出可能な角度情報検出手段と、
上記画像解析手段よりの角度情報と、上記角度情報検出手段よりの角度情報を用いて、測定対象物の角度情報を演算する姿勢位置演算手段と、
を具備することを特徴とする姿勢位置検出装置。
前記装置周辺を撮像して画像情報を取得可能な画像情報取得手段と、
上記画像情報を解析して、前記装置の位置移動を表わす並進位置情報を検出する画像解析手段と、
上記画像情報を用いずに、並進位置情報を検出可能な並進位置情報検出手段と、
上記画像解析手段よりの並進位置情報と、上記並進位置情報検出手段よりの並進位置情報とを用いて、前記測定対象物の並進位置情報を演算する姿勢位置演算手段と、
を具備することを特徴とする姿勢位置検出装置。
前記移動体の空間上の3軸の姿勢角度情報を算出する角度検出手段と、
前記移動体の空間上の3軸の並進位置情報を算出する並進位置検出手段と、
前記移動体自体に設置され、前記移動体の周りの画像から移動体の並進と姿勢の6軸の画像姿勢情報を算出する画像処理姿勢検出手段と、
前記角度検出手段からの姿勢角度情報と、前記並進位置検出手段からの並進位置情報と、前記画像処理姿勢検出手段からの画像姿勢情報のそれぞれ情報により空間上での前記移動体の6軸姿勢情報を算出する空間姿勢演算手段と、
を具備することを特徴とする移動体姿勢検出装置。
直交する3軸上の空間の角速度情報を検出する角速度検出手段と、
前記角度情報より前記移動体の姿勢角度情報を演算する第1姿勢演算手段とで構成され、
前記並進位置検出手段は、
直交する3軸上の空間の並進方向の加速度情報を検出する加速度検出手段と、
前記加速度情報より前記移動体の傾き情報と並進情報を演算する第2姿勢演算手段とで構成され、
前記画像処理姿勢検出手段は、
前記装置周辺の画像を時系列に入力する画像入力手段と、
この画像入力手段によって入力された画像の中から複数の特徴点を抽出して、それらの特徴点を記憶すると共に、以前に記憶されている特徴点の座標等の特徴点情報を探索検出する特徴点検出手段と、
前記特徴点の2次元画像の中での変位から画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記姿勢角度情報と前記並進情報と前記特徴点の情報から移動体の回転方向と並進方向の画像姿勢情報を演算する第3姿勢演算手段とで構成され、
前記空間姿勢演算手段は、
前記動きベクトル検出手段からの情報と前記角速度検出手段と前記加速度検出手段とにより前記第1姿勢演算手段の姿勢演算方法と前記第2姿勢演算手段の姿勢演算方法とを変更する情報を送る停止判定制御手段と、
前記第1姿勢演算手段と第2姿勢演算手段と第3姿勢演算手段それぞれからの情報を演算する補正演算手段と、
で構成されることを特徴とする付記4.に記載の移動体姿勢検出装置。
前記画像入力手段が画像を入力した時点での前記特徴点検出手段の特徴点情報に、前記第1姿勢演算手段での姿勢角度情報と、前記第2姿勢演算手段での並進情報とを一組の特徴点姿勢情報として記憶すると共に、同一特徴点に対する異なった位置(前記並進情報がある閾値以上の値を持ったもの)の特徴点姿勢情報を優先的に記憶する特徴点姿勢情報記憶機能を有し、
前記第3姿勢演算手段は、
2点以上の前記特徴点姿勢情報より特徴点の固定座標空間の原点からの座標に近似補正して求めることを特徴とする付記4.乃至7.に記載の移動体姿勢検出装置。
前記第3姿勢演算手段で近似補正して求められた画像姿勢情報を参照基準情報とし、前記第1姿勢演算手段での姿勢角度情報と前記第2姿勢演算手段での並進情報とが前記参照基準情報に一致するように補正すると共に、この補正値を停止中には補正せず、動作中にその動作データの変化データの値によってその補正幅を調整することを特徴とする付記8.に記載の移動体姿勢検出装置。
同一特徴点に対する同じ位置(前記並進情報がある閾値以下の値を持ったもの)で異なった角度(前記並進情報がある閾値以上の値を持ったもの)の特徴点姿勢情報を角度の参照基準情報として利用し、
前記補正演算手段は、
この角度の参照基準情報に一致するように姿勢角度情報のみ補正することを特徴とする付記8.に記載の移動体姿勢検出装置。
次からは前記第1姿勢演算手段と第2姿勢演算手段との情報より特徴点抽出の処理を行わずに、前記記憶情報を利用すると共に、
複数の記憶した特徴点姿勢情報をもとに前記第3姿勢演算手段により、特徴点の固定座標空間の原点からの座標に近似補正した参照基準情報を求めて記憶しておくことを特徴とする付記7.乃至11に記載の移動体姿勢検出装置。
処理された情報の中から前記画像ベクトル推定手段の情報との推定による動きベクトルのみを選択出力することを特徴とする付記7.乃至12に記載の移動体姿勢検出装置。
前記特定のマークに対してのみのテンプレートマッチングを行うように指示する固定マーク指示手段と、
を備えたことを特徴とする付記4.乃至19に記載の移動体姿勢検出装置。
11…角速度検出手段、
15…第1姿勢演算手段、
101…並進位置検出手段、
26…加速度検出手段、
27…第2姿勢演算手段、
102…画像処理姿勢検出手段、
17…画像入力手段、
18…特徴点検出手段、
19…動きベクトル検出手段、
20…第3姿勢演算手段、
103…空間姿勢演算手段、
16…停止判定制御手段、
21…補正演算手段、
60…HMD、
62…カメラ、
10…画像ベクトル推定手段、
18a…特徴点抽出部、
18b…特徴点記憶部、
18c…特徴点・姿勢記憶部、
23…カメラ取付方向変更手、段
24…カメラ姿勢検知手段、
25…カメラ姿勢パラメータ演算手段。
Claims (1)
- 測定対象物としての移動体に装着または内蔵され、該移動体の移動に伴って移動して、該移動体の姿勢情報を検出する装置において、
前記移動体の空間上の3軸の姿勢角度情報を算出する角度検出手段と、
前記移動体の空間上の3軸の並進位置情報を算出する並進位置検出手段と、
前記移動体自体に設置され、前記移動体の周りの画像から移動体の並進と姿勢の6軸の画像姿勢情報を算出する画像処理姿勢検出手段と、
前記角度検出手段からの姿勢角度情報と、前記並進位置検出手段からの並進位置情報と、前記画像処理姿勢検出手段からの画像姿勢情報のそれぞれの情報により空間上での前記移動体の6軸姿勢情報を算出する空間姿勢演算手段と、を有しており、
前記角度検出手段は、
直交する3軸上の空間の角速度情報を検出する角速度検出手段と、
前記角速度情報より前記移動体の姿勢角度情報を演算する第1姿勢演算手段とで構成され、
前記並進位置検出手段は、
直交する3軸上の空間の並進方向の加速度情報を検出する加速度検出手段と、
前記加速度情報より前記移動体の傾き情報と並進情報を演算する第2姿勢演算手段とで構成され、
前記画像処理姿勢検出手段は、
前記装置周辺の画像を時系列に入力する画像入力手段と、
この画像入力手段によって入力された画像の中から複数の特徴点を抽出して、それらの特徴点を記憶すると共に、以前に記憶されている特徴点の座標等の特徴点情報を探索検出する特徴点検出手段と、
前記特徴点の2次元画像の中での変位から画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記姿勢角度情報と前記並進情報と前記特徴点の情報から移動体の回転方向と並進方向の画像姿勢情報を演算する第3姿勢演算手段とで構成され、
前記角度検出手段からの姿勢角度情報と、前記加速度検出手段からの並進方向の加速度情報とに基づいて画像データ上での特徴点の2次元の動きを推定し、この情報をもとに前記探索検出の範囲を狭めることを特徴とする移動体姿勢検出装置。
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